[01394279]基于GIS的强降水气象灾害防灾减灾技术研究

1、 研究实现基于天气雷达回波外推算法的强降水天气识别追踪与高效计算技术 基于气象雷达数据的天气过程识别追踪外推是进行强降水天气预报预警的重要手段之一,光流计算方法作为计算机视觉领域中目标识别与追踪的重要方法,近年来被广泛研究和应用到天气预报等领域,实践证明,对于变化较快的强对流降水天气过程,光流法明显优于传统交叉相关法,但由于光流算法递归遍历数据和迭代计算的复杂性,每次计算都需花费大量时间,对于大范围天气雷达拼图的光流场计算,其计算速度往往跟不上雷达资料的更新速度,从而极大地影响了强降水天气过程的预报预报效率,通过对基于变分的光流算法金字塔分层模型进行基于GPU的并行计算改进．研究实现强降水天气过程高效监测预警。 2、研究实现基于水量动态分配的有源积水扩散算法 算法其基本思想是,在计算出每个扩散源的积水量后,以扩散栅格为中心,利用试算法,根据水量平衡原理,在中心栅格及其周围八个栅格中扩散,每扩散完一圈进行扩散结果的合理性判断,判断已形成的积涝水位是否大于其外圈某个栅格的高程值,如果存在,则将扩散范围增加一圈再次进行扩散,直到积涝水位小于其外圈的任何一个栅格的高程值。在所有节点扩散完成之后,判断是否存在栅格参与了多次节点扩散过程,若有,则对这些节点进行合并扩散处理。在整个算法计算过程中不断地对积涝结果及积涝范围进行合理性判断,动态地进行水量分配,从而实现暴雨积涝的动态扩散,实现暴雨积涝地表积水形成、蔓延、累积等空间过程的动态可视化表达。 3、研究实现城市内涝灾害风险评价制图技术 城市内涝灾害风险评价图件是城市内涝灾害防灾减灾基础技术资料。利用城市排水管网数据、土地利用数据、道路水系、居民区、数字高程模型等基础地理信息数据,经过汇水区划分和管网概化建模、地表水文参数提取、暴雨积涝仿真模拟模型构建以及模型参数率定,模拟出不同暴雨重现期降雨量下研究区域地表积水深度,将其作为内涝灾害风险评价中的危险性评价因子,以河网影响度、敏感点密度、植被覆盖度作为孕灾环境的敏感性因子,人口密度、人均GDP作为承灾体的易损性评价因子,建立研究区域的内涝灾害风险评估模型,以规则网格作为计算单元,计算得到格点化不同重现期下研究区域内涝灾害风险指数,基于内涝灾害风险指数进行灾害风险等级划分,经过GIS专题制图形成城市内涝风险评价图。 4、开发实现城市强降水内涝风险监测预警业务系统 基于开源GIS技术实现多源气象信息动态监测可视化,实现暴雨积涝数值模拟计算单元剖分、积水量计算、地表积水淹没演进计算,开发形成城市暴雨内涝风险监测预警业务系统。 城市暴雨内涝风险监测预警业务系统实现城市强降水监测预报预警、城市内涝淹没演进模拟计算以及预报预警产品自动制作与分发,并支持与水利、水文、市政、交通、园林等部门共享数据和产品。整个平台由六大子系统组成,分别是数据库子系统、内涝信息监测子系统、暴雨与内涝预报预警子系统、内涝仿真子系统、内涝产品制作子系统和内涝预警联动共享子系统。数据库子系统由基础地理信息、地下管网信息、内涝专题数据、气象信息数据和视频专题数据组成;内涝信息监测子系统由积涝水位监测、雨量密度监测和低洼地段视频监测组成;暴雨与内涝预报预警子系统由内涝监测报警和暴雨内涝预报预警组成;内涝仿真子系统由内涝模型、内涝预报产品输出、内涝仿真模拟组成;内涝产品制作子系统由内涝风险等级产品制作、内涝决策服务产品制作和内涝产品分发组成;内涝预警联动共享子系统由内涝实况数据共享、内涝预报产品共享和内涝预警产品共享组成。 5、研究实现基于三维城市场景的气象灾害防灾减灾指挥地图系统构建技术 基于无人机倾斜摄影技术构建城市三维模型,系统平台前端架构基于HTML5+ WebGL开发,通过地图服务器发布城市三维模型,形成城市实景三维场景,在实景三维场景中叠加防灾减灾数据,形成三维气象防灾减灾信息系统,系统以三维实景形式集成管理、分析、查询、显示区域概况数据（区边界、镇边界、街道边界、政府机关、车站、学校、医院）,防汛设施数据（自动气象站、内涝视频站、雷达水位站、防汛办水位站、排涝站、重点水闸、小型水闸、引水渠、小一型水库、小二型水库、江堤、小江堤、江湾、20年重现期洪涝模拟图、30年重现期洪涝模拟图）,抢险救灾数据（物资仓库、避难点、山洪积涝点、历史易涝点、受威胁人口）,形成气象防灾减灾三维实景决策支持平台。 以上成果在防灾减灾气象服务、社会公众气象服务等领域发挥了显著效益,项目在研发过程中发表论文20余篇,获批发明专利5项,获批软件著作权3项。研究成果于2017年11月荣获江苏省测绘地理信息科技进步奖一等奖（江苏省测绘地理信息学会颁发）。